对流传热实验实验报告

实验三对流传热实验一、实验目的1.掌握套管对流传热系数的测定方法，加深对其概念和影响因素的理解，应用线性回归法，确定关联式中常数A、m的值；2.掌握对流传热系数随雷诺准数的变化规律；3．掌握列管传热系数Ko的测定方法。二、实验原理㈠套管换热器传热系数及其准数关联式的测定⒈对流传热系数的测定在该传热实验中，冷水走内管，热水走外管。对流传热系数可以根据牛顿冷却定律，用实验来测定（1）式中：—管内流体对流传热系数，W/(m2·℃)；Qi—管内传热速率，W；Si—管内换热面积，m2；—内壁面与流体间的温差，℃。由下式确定：（2）式中：t1，t2—冷流体的入口、出口温度，℃；Tw—壁面平均温度，℃；因为换热器内管为紫铜管，其导热系数很大，且管壁很薄，故认为内壁温度、外壁温度和壁面平均温度近似相等，用tw来表示。管内换热面积：（3）式中：di—内管管内径，m；Li—传热管测量段的实际长度，m。由热量衡算式：（4）其中质量流量由下式求得：（5）式中：—冷流体在套管内的平均体积流量，m3/h；—冷流体的定压比热，kJ/(kg·℃)；—冷流体的密度，kg/m3。和可根据定性温度tm查得，为冷流体进出口平均温度。t1，t2，Tw，可采取一定的测量手段得到。⒉对流传热系数准数关联式的实验确定流体在管内作强制湍流，被加热状态，准数关联式的形式为.（6）其中：，，物性数据、、、可根据定性温度tm查得。经过计算可知，对于管内被加热的空气，普兰特准数变化不大，可以认为是常数，则关联式的形式简化为：（7）这样通过实验确定不同流量下的与，然后用线性回归方法确定A和m的值。㈡列管换热器传热系数的测定管壳式换热器又称列管式换热器。是以封闭在壳体中管束的壁面作为传热面的间壁式换热器。这种换热器结构较简单，操作可靠，可用各种结构材料（主要是金属材料）制造，能在高温、高压下使用，是目前应用最广的类型。由壳体、传热管束、管板、折流板（挡板）和管箱等部件组成。壳体多为圆筒形，内部装有管束，管束两端固定在管板上。进行换热的冷热两种流体，一种在管内流动，称为管程流体；另一种在管外流动，称为壳程流体。实验装置采用双管程。传热系数Ko用实验来测定（1）式中：Ko—列管传热系数，W/(m2·℃)；Qi—管内传热速率，W；SO—管外换热面积，m2；—平均温度差，℃。由下式确定：（2）（3）式中：t1，t2—冷流体的入口、出口温度，℃；T1，T2—热流体的入口、出口温度，℃；—逆流时平均温度差，℃；—温差校正系数，由R、P的查到（课本P100）。管外换热面积：（4）式中：dO—内管管外径，m；LO—传热管测量段的实际长度，m。由热量衡算式：（5）其中质量流量由下式求得：（6）式中：—冷流体在套管内的平均体积流量，m3/h；—冷流体的定压比热，kJ/(kg·℃)；—冷流体的密度，kg/m3。和可根据定性温度tm查得，为冷流体进出口平均温度。t1，t2，T1，T2，可采取一定的测量手段得到。三、实验流程和设备主要技术数据⒈设备主要技术数据见表1表1实验装置结构参数紫铜内管内径di（mm）10.0（列管）；8.0（套管）紫铜内管外径do（mm）12.0套管玻璃外管内径Di（mm）37.0套管玻璃外管外径Do（mm）43.0列管玻璃外管内径Di（mm）70.0列管玻璃外管外径Do（mm）76.0测量段（紫铜内管）长度L（m）1.20玻璃转子流量计型号：LZB—25泵型号：WB50/025⒉实验流程如图1所示。⒊实验的测量手段⑴温度的测量冷水热水进出口温度采用热电阻温度计测得。套管壁温采用热电偶温度计测量。⑵加热热水箱内装有2组加热器，热水箱为双层保温设计。加热方式采用温度控制加热。图1水-水传热综合实验装置流程图四、实验方法及步骤⒈实验前的准备，检查工作。⑴向水箱中加满水。⑵接通电源总闸，设定加热表温度为60oC，启动电加热器开关，开始加热。关闭热水端转子流量计阀门，启动热水泵，打开转子流量计阀门，选择一个换热器，使热水循环流动。2.实验开始.⑴选择套管换热器。调节热水流量为一定值920L/h。⑵启动冷水泵用转子流量计调节流量，调好某一流量后稳定3-5分钟后，分别测量冷水的流量，进、出口的温度及壁面温度。然后，改变流量测量下组数据。一般从小流量到最大流量之间，要测量4～6组数据。⑶做完套管换热器的数据后，要进行列管换热器实验。分别记录热水进出口温度冷水进出口温度。实验方法同步骤⑵。⒊实验结束后，依次关闭加热、泵和总电源。一切复原。五、实验注意事项1、检查加热箱中的水位是否在正常范围内。特别是每次实验结束后，进行下一次实验之前，如果发现水位过低，应及时补给水量。2、实验管路内部不能有气泡，高位槽一定要有溢流，以保持冷流体流量稳定。

表1套管换热器原始数据及数据整理表No.123456流量（L/h)100150200250300350t1(℃）15.314.614.214.013.813.6t2(℃）27.526.324.322.821.820.7Tw(℃）44.638.835.633.431.532.3tm(℃）21.4020.4519.2518.417.817.15ρm(kg/m3)998998.2998.4998.5998.7998.7λm*10060.159.959.759.459.259.2Cpm4.1824.1834.1844.854.1854.185μm*100009.837510.0410.34210.64410.94610.946△t(℃）23.2018.3516.3515.013.7015.15Wm(kg/s)0.027720.041590.055470.069340.083230.09710u(m/s)0.55290.82941.10581.38231.65871.9352Qi(W)1414.402035.542343.932959.442786.372885.06（W/m2·℃）2022.473679.964755.836545.126747.116317.44Re4487.286596.498540.2010373.4012107.0614124.90Nu26.921549.148063.729788.149891.177285.3708Pr6.84537.01127.24818.69087.73807.7380Nu/(Pr0.4)12.472122.552228.857137.119140.219337.6580表2列管换热器原始数据及数据整理表No.123456流量（L/h)100150200250300350T1(℃）60.460.360.460.160.560.3T2(℃）5756.255.955.054.454.0t1(℃）14.714.113.913.713.613.5t2(℃）44.737.533.831.630.529.5tm(℃）29.725.823.8522.6522.0521.5ρm(kg/m3)996997997.5997.7997.7998λm*10061.660.960.560.360.360.1Cpm4.1754.1794.184.1814.1814.182μm*100008.21759.02759.43259.6359.6359.8375Wm(kg/s)0.027670.041540.055420.069280.083140.09703u(m/s)0.35390.53080.70770.88461.06161.2385Qi(W)3465.254062.304609.675185.265874.706492.3226.301430.840433.378733.815134.421235.07470.980.980.990.980.980.9926.838231.469833.715934.505235.123735.4290K0(W/m2·℃)485.63485.52509.04565.21629.09682.27Re4288.925862.017484.179160.4410992.5212564.40R0.11330.17520.22610.28490.36090.3938P0.65650.50650.42800.38580.36030.3419实验分析Nu/(Pr0.4)—ARem曲线通过实验确定不同流量下的Re与Nu值，并将公式Nu=ARemPr0.4转换为Nu/(Pr0.4)=ARem，以Nu/(Pr0.4)为纵坐标，Re为横坐标做线性回归得右图，并确定出方程为y=0.01464*x0.83454，由此得出A=0.01464,m=0.8